这幅艺术家的印象图显示了一颗气态巨行星的形成，它嵌入在一颗年轻恒星周围尘埃环的尘埃和气体盘中。密歇根大学天文学家Gabriele Cugno领导的一项研究将詹姆斯·韦伯太空望远镜对准了围绕着一颗名为SAO 206462的原恒星的原行星盘，希望能找到一颗正在形成的气态巨行星。

　　行星形成于被称为原行星盘的尘埃和气体盘中，在原恒星的最后组装过程中，这些原行星盘围绕着中心的原恒星旋转。

　　虽然已经拍摄到几十个这样的圆盘，但到目前为止，只有两颗行星在形成过程中被捕捉到。现在，天文学家正把詹姆斯·韦伯太空望远镜上的强大仪器对准原行星盘，试图找到行星形成方式的早期线索，以及这些行星如何影响它们的出生盘。

　　由密歇根大学、亚利桑那大学和维多利亚大学领导的三组研究将JWST的图像与哈勃太空望远镜和智利阿塔卡马大型毫米波阵列(ALMA)先前的观测结果结合起来。在辅助观测的基础上，研究小组利用JWST观测了原行星盘HL Tau、SAO 206462和MWC 758，希望能探测到任何可能形成的行星。

　　在发表在《天文学杂志》上的论文中，研究人员拼凑了以前看不见的行星形成盘与原行星盘中心围绕年轻恒星的气体和尘埃包层之间的相互作用。

　　抓住一颗行星

　　由密歇根大学天文学家Gabriele Cugno领导的这项研究将JWST瞄准了一颗名为SAO 206462的原恒星周围的圆盘。在那里，研究人员可能在一个原行星盘中发现了一颗正在形成的候选行星——但这不是他们期望找到的行星。

　　“几次模拟表明，这颗行星应该在圆盘内，巨大、巨大、炎热、明亮。但是我们没有找到它。这意味着要么这颗行星比我们想象的要冷得多，要么它可能被一些物质掩盖了，使我们无法看到它，”库格诺说，他也是这三篇论文的合著者。“我们发现的是一颗不同的候选行星，但我们不能100%确定它是一颗行星，还是一颗暗淡的背景恒星或星系，污染了我们的图像。未来的观察将帮助我们准确地了解我们正在观察的东西。”

　　天文学家过去曾观测过这个圆盘，特别是通过哈勃太空望远镜、斯巴鲁望远镜、甚大望远镜和ALMA。这些观测显示了一个由两个强螺旋组成的圆盘，它们很可能是由一个正在形成的行星发射的。密歇根大学的研究小组希望发现的行星是一种被称为气态巨行星的行星，主要由氢和氦组成，类似于我们太阳系中的木星。

　　两条螺旋臂从富含气体的圆盘中出现，围绕着SAO 206462，这是一颗位于狼座的年轻恒星。这张由斯巴鲁望远镜及其HiCIAO仪器获得的图像，是第一张显示星周圆盘螺旋臂的图像。该图像追踪了恒星发出的光和散射在圆盘表面的光。这个圆盘本身大约有140亿英里宽，大约是我们太阳系冥王星轨道的两倍大。信贷:NAOJ /斯巴鲁

　　库格诺说:“问题是，无论我们试图探测到什么，它都比恒星暗淡数十万倍，甚至数百万倍。”“这就像试图探测灯塔旁边的一个小灯泡一样。”

　　为了更近距离地观察这个圆盘，研究小组使用了JWST上一种叫做NIRCam的仪器。NIRCam探测红外光，天文学家使用的仪器采用了一种称为角差成像的技术。这项技术既可以用来探测行星的热辐射，就像该团队探测候选行星时所做的那样，也可以用来探测与落在行星上并以高速撞击其表面的物质相关的特定发射线。

　　“当物质落在地球上时，它会在表面受到冲击，并发出特定波长的发射线，”库格诺说。“我们使用一套窄带滤波器来检测这种吸积。这之前已经在光学波长下从地面完成，但这是第一次用JWST在红外波段完成。”

　　对行星的“原材料”进行成像

　　维多利亚大学的论文由天文学学生Camryn Mullin领导，描述了围绕年轻恒星HL Tau的圆盘的图像。

　　“HL Tau是我们调查中最年轻的系统，仍然被落在圆盘上的密集尘埃和气体所包围，”穆林说，他是这三项研究的合著者。“我们对用JWST看到周围物质的细节水平感到惊讶，但不幸的是，它掩盖了来自潜在行星的任何信号。”

　　人们知道，HL Tau的圆盘上有几个太阳系规模的环和空隙，可能有行星。

　　“虽然有大量证据表明行星正在形成，但HL Tau太年轻了，中间有太多的尘埃，无法直接看到行星，”寻找形成行星的观测活动的首席研究员、亚利桑那大学斯图尔特天文台的天文学家杰伦·雷森林说。“我们已经开始研究其他拥有已知行星的年轻系统，以帮助形成更完整的图景。”

　　然而，令研究小组惊讶的是，JWST揭示了一个意想不到的不同特征的细节:原恒星包层，它本质上是围绕着刚刚开始合并的年轻恒星的密集的尘埃和气体流入，根据Leisenring的说法。在重力的影响下，来自星际介质的物质向内落到恒星和圆盘上，在那里它作为行星及其前身的原材料。

　　亚利桑那大学的这项研究由亚利桑那大学斯图尔特天文台的NASA哈勃/萨根研究员凯文·瓦格纳(Kevin Wagner)领导，研究了MWC 758的原行星盘。与SAO 206462类似，亚利桑那大学领导的研究小组之前的观察显示，圆盘上形成了螺旋臂，暗示有一颗巨大的行星绕着它的主星运行。

　　虽然在最近的观测中没有发现新的行星，但研究人员说，这种灵敏度是开创性的，因为它允许他们对可疑的行星施加最严格的限制。首先，这些结果排除了MWC 758外围区域存在其他行星的可能性，这与驱动螺旋臂的单一巨行星是一致的。

　　瓦格纳说:“在这三个系统中都没有发现行星，这告诉我们，造成间隙和螺旋臂的行星要么离它们的主星太近，要么太暗，无法用JWST观测到。”瓦格纳是这三项研究的合著者。“如果后者是正确的，它告诉我们它们的质量相对较低，温度较低，被尘埃覆盖，或者三者的某种组合-就像MWC 758的情况一样。”

　　寻找形成行星的工作仍在继续

　　捕捉行星的形成过程非常重要，因为天文学家不仅可以收集到关于形成过程的信息，还可以收集到化学元素如何在整个行星系统中分布的信息。

　　“只有大约15%的类似太阳的恒星有像木星这样的行星。了解它们是如何形成和演化的，并完善我们的理论，这真的很重要，”密歇根大学天文学家、这三项研究的合著者迈克尔·迈耶说。“一些天文学家认为，这些气态巨行星调节着水向圆盘内部形成的岩石行星的输送。”

　　迈耶说，了解这些气态巨行星是如何形成这些圆盘的，将有助于天文学家最终了解原行星盘的性质和演化，这些原行星盘后来会形成岩石状的类地行星。

　　库格诺说:“基本上，在我们以足够高的分辨率和灵敏度观察到的每一个圆盘上，我们都看到了像间隙、环这样的大型结构，在SAO 206462的例子中，我们看到了螺旋结构。”“大多数(如果不是全部的话)这些结构都可以通过形成行星与圆盘物质相互作用来解释，但其他不涉及巨行星存在的解释是存在的。

　　如果我们最终能看到这些行星，我们就能将一些结构与形成的伴星联系起来，并将形成过程与其他系统在更晚阶段的特性联系起来。我们终于可以把这些点联系起来，了解行星和行星系统是如何整体进化的。”

　　参考文献:JWST/NIRCam年轻恒星物体成像。作者:Kevin Wagner, Jarron Leisenring, Gabriele Cugno, Camryn Mullin，董若冰，Schuyler G. Wolff, Thomas Greene, Doug Johnstone, Michael R. Meyer, Charles Beichman, Martha Boyer, Scott Horner, Klaus Hodapp, Doug Kelly, Don McCarthy, Tom Roellig, George Rieke, Marcia Rieke, Michael Sitko, John Stansberry和Erick Young，《天文学杂志》，2024年3月27日。1538 - 3881 . DOI: 10.3847 / / ad11d5

　　JWST/NIRCam年轻恒星物体成像。2。作者:Gabriele Cugno、Jarron Leisenring、Kevin R. Wagner、Camryn Mullin、Roubing Dong、Thomas Greene、Doug Johnstone、Michael R. Meyer、Schuyler G. Wolff、Charles Beichman、Martha Boyer、Scott Horner、Klaus Hodapp、Doug Kelly、Don McCarthy、Thomas Roellig、George Rieke、Marcia Rieke、John Stansberry和Erick Young，《天文杂志》，2024年3月27日。1538 - 3881 . DOI: 10.3847 / / ad1ffc

　　JWST/NIRCam年轻恒星物体成像。3。《HL Tau盘周围星云环境的详细成像》，作者:Camryn Mullin, rubing Dong, Jarron Leisenring, Gabriele Cugno, Thomas Greene, Doug Johnstone, Michael R. Meyer, Kevin R. Wagner, Schuyler G. Wolff, Martha Boyer, Scott Horner, Klaus Hodapp, Don McCarthy, George Rieke, Marcia Rieke和Erick Young，《天文学杂志》，2024年3月27日。1538 - 3881 . DOI: 10.3847 / / ad2de9